机械拉伸拓宽液晶高分子相转变温度诱导液晶执行器多重可逆温度记忆效应

xinfang

交联液晶聚合物（CLCP）除了保留原有非交联液晶高分子的性能，还可具有优秀的软弹性、铁电性、压电性、光学非线性、形状记忆特性等特点，在外界环境（光、热等）刺激下可沿着取向方向可逆伸缩变形，可潜在用于人工肌肉，传感器，执行器，柔性机器人等领域。目前，提高CLCP的加工性、赋予其复杂形变能力以及丰富、可控的形状转变成为了研究者的关注重点。

机械拉伸诱导液晶高分子取向是一种常规、简单的制备单畴交联液晶聚合物的方法。然而，在单轴拉伸下，液晶基元规整取向，其液晶相转变（LC-isotropic）温度较窄（~10K）；在相转变过程中只能得到简单的可逆伸缩或弯曲形变。想要实现更为复杂可逆形变往往需要通过偏振光诱导取向或液晶盒技术调控液晶基元取向分布。常州大学杨荣博士和加拿大舍布鲁克大学赵越教授合作开发了一种在单轴取向的液晶聚合物膜上进行空间图案化交联，制备具有多种复杂3D可逆形变化的液晶执行器的新策略。（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56 (45), 14202-14206.）

最近，他们在研究过程中发现通过机械拉伸取向调节应变大小还可拓宽单畴交联液晶聚合物的相转变温度，并将这个新发现命名为：机械拉伸抑制液晶近晶相——诱导更宽的相列相-各向同性相转变温度，实现液晶执行器的多重可逆温度记忆响应。

近晶相的液晶聚合物在应力拉伸下，其分子链由规整折叠的层状近晶相逐步向相列相（层状结构消失）转变。同时，侧基苯环垂直于取向方向排列，破坏了液晶聚合物的有序性，从而赋予其更低的相转变温度。取向后的液晶聚合物先交联，然后在各向同性态下应力松弛得到交联液晶执行器。此时，部分伸展的液晶分子链在交联作用下构象得以固定，具有较低响应温度；另一部分的伸展的液晶分子链在应力松弛后重新折叠，保持层状折叠构象，具有较高的响应温度。经过500%的应变拉伸，交联液晶高分子的相转变温度区间可拓宽至35K。为此，通过调控环境温度可将液晶执行器的一个完整动作（如螺旋手性翻转）分割成若干个“慢动作”，每个“慢动作”对应某一确定的温度，实现了液晶执行器的多重温度记忆效应。

研究成果近期发表于ACS Macro Letters（Multitemperature Memory Actuation of a Liquid Crystal Polymer Network over a Broad Nematic–Isotropic Phase Transition Induced by Large Strain, DOI: 10.1021/acsmacrolett.8b00089）。第一作者为常州大学杨荣博士，通讯作者为加拿大舍布鲁克大学赵越教授。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.8b00089